KR101251849B1

KR101251849B1 - 연속 가변 밸브 리프트 장치

Info

Publication number: KR101251849B1
Application number: KR1020110138635A
Authority: KR
Inventors: 최병영; 곽영홍; 권기영; 공진국; 우수형
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-04-10

Abstract

본 발명은 연속가변밸브리프트 장치에 관한 것으로, 측벽부재(10)에 회전가능하게 지지되는 구동축(20)과 컨트롤축(30), 측벽부재에 고정되는 출력캠 힌지축(70), 상기 구동축(20)에 고정된 구동캠(21), 상기 컨트롤축(30)에 편심고정된 원통형상의 편심축(31), 일단이 상기 편심축(31)에 회동 가능하게 결합하는 컨트롤축(30), 상부가 상기 컨트롤축(30)에 결합되는 컨트롤링크(40), 일단이 상기 컨트롤링크(40)의 하부에 힌지결합하는 전달링크(50), 상기 컨트롤축(30) 및 전달링크(50)의 힌지결합부에 설치되는 롤러(51), 일단이 상기 출력캠 힌지축(70)에 회동 가능하게 결합하고 중간부가 상기 전달링크(50)의 타단에 힌지결합되는 출력캠(60), 일단이 회동가능하게 고정되고 중간부에 롤러(81)가 설치되며 타단부에 밸브로드(86)가 연결된 스윙암(80), 상기 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절하는 편차조절장치(71)를 포함하고, 상기 롤러(51)는 구동캠(21)에 접하는 방향으로 탄성 지지되고, 상기 롤러(81)는 출력캠(60)의 하면에 접하는 방향으로 탄성 지지된다.

Description

연속 가변 밸브 리프트 장치{A Continuous Variable Valve Lift Apparatus}

본 발명은 밸브 프로파일이 하이 리프트에서 로우 리프트로 가변 될 때 밸브타이밍이 진각되고, 제조 편차에 의한 밸브 간 리프트 편차를 조절할 수 있는 연속가변밸브리프트 장치에 관한 것이다.

종래부터 밸브의 리프트와 듀레이션(duration)을 가변시키기 위한 많은 장치가 개발되어 왔다. 그러나 이들 장치들은 구성이 매우 복잡하여 조립이 매우 어렵고, 부품수가 많아 공차 누적으로 인해 정밀한 제어가 어려우며, 제조 편차에 일일이 대응할 수 없었다는 문제점이 있었다.

등록특허공보 제942086호 등록특허공보 제969074호 등록특허공보 제986075호 등록특허공보 제1086506호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밸브 프로파일이 하이 리프트에서 로우 리프트로 가변 될 때 밸브타이밍이 진각되고, 제조 편차에 의한 밸브 간 리프트 편차를 조절할 수 있는 연속가변밸브리프트 장치를 제공함을 발명의 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

측벽부재(10)에 회전가능하게 지지되는 구동축(20)과 컨트롤축(30),

측벽부재에 고정되는 출력캠 힌지축(70),

상기 구동축(20)에 고정된 구동캠(21),

상기 컨트롤축(30)에 편심고정된 원통형상의 편심축(31),

일단이 상기 편심축(31)에 회동 가능하게 결합하는 컨트롤축(30),

상부가 상기 컨트롤축(30)에 결합되는 컨트롤링크(40),

일단이 상기 컨트롤링크(40)의 하부에 힌지결합하는 전달링크(50),

상기 컨트롤축(30) 및 전달링크(50)의 힌지결합부에 설치되는 롤러(51),

일단이 상기 출력캠 힌지축(70)에 회동 가능하게 결합하고 중간부가 상기 전달링크(50)의 타단에 힌지결합되는 출력캠(60),

일단이 회동가능하게 고정되고 중간부에 롤러(81)가 설치되며 타단부에 밸브로드(86)가 연결된 스윙암(80)을 포함하고,

상기 롤러(51)는 구동캠(21)에 접하는 방향으로 탄성 지지되고, 상기 롤러(81)는 출력캠(60)의 하면에 접하는 방향으로 탄성 지지되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치를 제공한다.

여기서 상기 컨트롤축(30)의 위치를 조절하면 롤러(51)의 위치가 구동캠(21)의 원주면을 따라 이동되고, 롤러(51)의 위치가 이동됨에 따라 롤러(81)와 출력캠(60) 하면의 접촉위치가 변경된다.

여기서 상기 출력캠의 하면은, 출력캠의 회동 중심으로부터 반경이 일치하는 반경부(R)와, 상기 반경부(R)에 연결되며 롤러(81)를 밀어내는 방향으로 형성된 프로파일(P)을 포함한다.

여기서 본 발명은 상기 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절하는 편차조절장치(71)를 더 포함한다.

상기 편차조절장치(71)는,

출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍을 통해 측벽부재(10)에 고정되는 고정부재(72),

상기 고정부재(72)에 그 내경부(74)가 외삽되고 동시에 출력캠 힌지축의 관통구멍에 내삽되는 외경부(75)를 구비하는 조절부재(73)

를 포함하고,

상기 고정부재(72)의 직경보다 상기 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경이 더 크고,

상기 조절부재(73)의 내경부(74) 치수는 고정부재(72)의 직경 치수와 대응하고, 조절부재(73)의 외경부(75) 치수는 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경 치수와 대응하며,

상기 내경부(74)와 외경부(75)는 편심되어 있다.

본 발명에 따르면 간단한 구조로 밸브리프트의 크기를 조절할 수 있고, 밸브리프트의 양이 줄어듦에 따라 진각이 되도록 할 수 있다. 아울러 밸브마다 다른 밸브리프트의 양을 개별적으로 조절이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치의 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 출력캠의 단면도,
도 5는 밸브 리프트와 진각을 조절하는 원리를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 연속 가변 밸브 리프트 장치의 밸브리프트와 타이밍의 관계를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명의 밸브리프트 양을 조절하는 원리를 나타낸 도면, 그리고
도 8은 본 발명의 편차조절장치를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 연속 가변 밸브 리프트 장치는 측벽부재(10)에 구동축(20), 컨트롤축(30)이 회전가능하게 축 지지되어 있다.

구동캠(21)은 구동축(20)이 회전할 때 구동축과 일체로 회전하도록 구동축에 축설되어 있고, 컨트롤축(30)에는 컨트롤축(30)에 대해 편심 고정된 원통형상의 편심축(31)이 축설되어 있다.

여기서 컨트롤링크(40)의 상부(41)는 상기 편심축(31)에 대해 상대적으로 회동 가능하게 편심축을 감싸고 있다.

따라서 컨트롤축(30)의 각도가 변화하여 컨트롤축(30)의 위치가 변화하면 편심축(31)의 위치가 컨트롤축(30)을 중심으로 함께 움직이게 되고, 이에 따라 컨트롤링크(40)의 상부(41)의 회동 중심의 위치가 변하게 된다.

상기 컨트롤링크(40)의 하부(42)에는 전달링크(50)의 일측이 힌지결합되어 있다.

한편 측벽부재(10)에서 내측으로 돌출된 돌출부재(11)의 상부에는 출력캠 힌지축(70)이 고정되어 있는데, 이 출력캠 힌지축(70)은 편차조절장치(71)에 의해 돌출부재(11)에 대한 위치가 조절 가능하게 고정되어 있다.

상기 출력캠 힌지축(70)에는 상기 출력캠 힌지축(70)에 대해 상대적인 회동 가능한 출력캠(60)이 축설되어 있고, 출력캠(60)의 중간부분은 상기 전달링크(50)의 타단이 힌지 결합되어 있다.

컨트롤링크(40)의 하부(42)와 전달링크(50)의 일측의 힌지결합부에는 롤러(51)가 설치되어 있고, 상기 롤러(51)는 구동캠(21)에 접촉구름한다.

또한 전달링크(50)는 전달링크(50)가 구동캠(21)을 향하도록 리턴스프링(55)에 의해 탄성지지되어 있다.

따라서 구동축(20)이 회전하여 구동캠(21)이 회전하면, 이와 접하는 롤러(51)를 통해 전달링크(50)가 구동캠(21)의 표면에 따라 거동하게 된다.

한편 출력캠(60)의 하면에는 반경부(R)와 프로파일(P)이 형성되어 있고, 이러한 반경부(R)와 프로파일(P) 하부에는 스윙암(80)의 중간에 형성된 롤러(81)가 접촉된다. 스윙암(80)의 일측은 엔진에 설치된 설치축(85)에 회동 가능하게 고정되고 스윙암의 타측은 밸브로드(86)와 회동 가능하게 고정된다.

밸브로드에 외삽된 스프링(86)은 스윙암(80)을 위쪽으로 밀어올리는 방향으로 탄성지지되므로, 스윙암(80)의 롤러(81)는 반경부(R) 및 프로파일(P)의 표면을 따라 거동하게 된다.

한편 도 4에 도시된 바와 같이 그 길이방향의 2/3 가량이 출력캠(60)의 회동중심에 대해 균일한 반경(R)으로 형성되고, 그 우측에는 롤러(81)를 아래로 밀어주도록 프로파일(P)이 형성된다.

이하 본 발명에서 하이 리프트에서 로우 리프트로 가변 될 때 밸브타이밍이 진각되는 원리를 설명한다.

먼저 도 5의 (a),(b)를 참조하면 컨트롤축(30)의 중심에 대해 편심축(31)의 위치가 θ에 위치하는 경우(즉 가장 상부에 위치하는 경우)에는 컨트롤링크(40)가 위로 올라가 롤러(51)의 위치 역시 올라가게 되고, 구동캠(21)의 상사점 포인트가 대략 가장 좌측에 위치할 때{(b) 참조} 롤러(51)가 가장 좌측으로 밀리게 되며, 이에 더해 전달링크(50)가 거의 수평인 상태에서 함께 좌측으로 밀리게 되므로, 출력캠(60)이 좌측으로 밀리는 양이 크게 되고, 출력캠 하부의 프로파일(P) 중 가장 우측부분까지 롤러(81)를 눌러내리므로 스윙암(80)과 밸브로드(86)가 많이 내려가게 되어 밸브가 하이리프트 된다.

반면 도 5의 (c),(d)를 참조하면 컨트롤축(30)의 중심에 대해 편심축(31)의 위치가 θ'에 위치하는 경우(즉 우측 하부에 위치하는 경우)에는 컨트롤링크(40)가 아래로 내려가 롤러(51)의 위치 역시 내려가게 되고, 구동캠(21)의 상사점 포인트가 가장 좌측에 위치하기 전에 이미{(d) 참조} 롤러(51)가 가장 좌측으로 밀리게 되는데, 이에 더해 전달링크(50)는 경사져 있는 상태에서 좌측으로 밀리게 되므로, 출력캠(60)이 좌측으로 밀리는 양이 작게 되고, 이렇게 되면 출력캠 하부의 프로파일(P)의 중간정도까지 롤러(81)를 눌러내리므로 스윙암(80)과 밸브로드(86)가 조금 내려가게 되어 밸브가 로우리프트 된다.

즉 편심축의 위치가 θ에서 θ'로 변한 경우, 출력캠의 위치가 α에서 α'로 변경되고, 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 스윙암 롤러(81)로부터 프로파일(P) 부분이 멀어지게 되므로, 밸브 리프트가 작아지게 되는 것이다.

아울러 이처럼 밸브 리프트가 작아질수록 롤러(51)가 구동캠(21)의 상사점 포인트와 빨리 만나게 되므로, 밸브 프로파일의 피크 지점이 도 6에 도시된 것처럼 진각되는 특성을 갖게 된다.

이와 같이 본 발명은, 롤러(51)의 이동에 따라 전달링크(50)와 출력캠(60)의 위치가 변경되어 밸브 리프트와 듀레이션이 가변되고, 가변 시 롤러(51)의 위치가 구동캠(21)의 원주면을 따라 이동되므로 밸브타이밍 변경이 동시에 이루어지게 되는 것이다.

한편 본 발명은 밸브간 리프트 편차를 조절할 수 있도록 하는데, 그와 관련된 구성과 원리는 도 7과 8을 참조하여 설명한다.

도 7에 도시된 바와 같이 출력캠 힌지축(70)이 β만큼 이동하게 되면 A점을 중심으로 출력캠(60)이 회전하여 반경부(R) 및 프로파일(P) 부분은 Ω만큼 이동하게 된다.

즉 도 7에서 출력캠 힌지축(70)이 β만큼 우측으로 이동하게 되면 A점을 중심으로 출력캠(60)이 회전하여 반경부(R) 및 프로파일(P) 부분은 Ω만큼 좌측으로 이동하게 되고, 롤러(81)는 프로파일(P)에 조금 더 가까이 위치하게 되어 결국 밸브 리프트가 커지게 된다. 반면 출력캠 힌지축(70)이 β만큼 좌측 이동하게 되면 A점을 중심으로 출력캠(60)이 회전하여 반경부(R) 및 프로파일(P) 부분은 Ω만큼 우측으로 이동하게 되고, 롤러(81)는 프로파일(P)에 조금 더 멀리 위치하게 되어 결국 밸브 리프트는 작아지게 된다. 이처럼 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절하면 밸브 리프트를 조절할 수 있다. 따라서 이러한 조절을 통해 밸브마다 다른 밸브 리프트의 편차를 조절할 수 있다.

편차조절장치(71)는 결국 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절하는 것인데, 이는 도 8에 도시된 바와 같이 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍을 통해 측벽부재(10)의 돌출부재(11)에 고정되는 고정부재(72), 상기 고정부재(72)에 그 내경부(74)가 외삽되고 동시에 출력캠 힌지축의 관통구멍에 내삽되는 외경부(75)를 구비하는 조절부재(73)를 포함한다. 즉 고정부재(72)의 직경보다 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경이 더 크고, 조절부재(73)의 내경부(74) 치수는 고정부재(72)의 직경 치수와 대응하고, 조절부재(73)의 외경부(75) 치수는 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경 치수와 대응한다. 그리고 내경부(74)와 외경부(75)는 편심되어 있다.

따라서 손잡이(76)를 돌려 조절부재(73)의 내경부(74)에 대한 외경부(75)의 편심위치를 조절하면 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절할 수 있다.

10: 측벽부재
11: 돌출부재
20: 구동축
21: 구동캠
30: 컨트롤축
31: 편심축
40: 컨트롤링크(41: 상부, 42: 하부)
50: 전달링크
51: 롤러
60: 출력캠
70: 출력캠 힌지축
71: 편차조절장치
72: 고정부재
73: 조절부재
74: 내경부
75: 외경부
76: 손잡이
80: 스윙암
81: 롤러
85: 설치축
86: 밸브로드
87: 스프링

Claims

측벽부재(10)에 회전가능하게 지지되는 구동축(20)과 컨트롤축(30),
측벽부재에 고정되는 출력캠 힌지축(70),
상기 구동축(20)에 고정된 구동캠(21),
상기 컨트롤축(30)에 편심고정된 원통형상의 편심축(31),
일단이 상기 편심축(31)에 회동 가능하게 결합하는 컨트롤축(30),
상부가 상기 컨트롤축(30)에 결합되는 컨트롤링크(40),
일단이 상기 컨트롤링크(40)의 하부에 힌지결합하는 전달링크(50),
상기 컨트롤축(30) 및 전달링크(50)의 힌지결합부에 설치되는 롤러(51),
일단이 상기 출력캠 힌지축(70)에 회동 가능하게 결합하고 중간부가 상기 전달링크(50)의 타단에 힌지결합되는 출력캠(60),
일단이 회동가능하게 고정되고 중간부에 롤러(81)가 설치되며 타단부에 밸브로드(86)가 연결된 스윙암(80)을 포함하고,
상기 롤러(51)는 구동캠(21)에 접하는 방향으로 탄성 지지되고, 상기 롤러(81)는 출력캠(60)의 하면에 접하는 방향으로 탄성 지지되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤축(30)의 위치를 조절하면 롤러(51)의 위치가 구동캠(21)의 원주면을 따라 이동되고, 롤러(51)의 위치가 이동됨에 따라 롤러(81)와 출력캠(60) 하면의 접촉위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 출력캠의 하면은, 출력캠의 회동 중심으로부터 반경이 일치하는 반경부(R)와, 상기 반경부(R)에 연결되며 롤러(81)를 밀어내는 방향으로 형성된 프로파일(P)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력캠 힌지축(70)의 위치를 조절하는 편차조절장치(71)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 편차조절장치(71)는, 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍을 통해 측벽부재(10)에 고정되는 고정부재(72), 상기 고정부재(72)에 그 내경부(74)가 외삽되고 동시에 출력캠 힌지축의 관통구멍에 내삽되는 외경부(75)를 구비하는 조절부재(73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 고정부재(72)의 직경보다 상기 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경이 더 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 조절부재(73)의 내경부(74) 치수는 고정부재(72)의 직경 치수와 대응하고, 조절부재(73)의 외경부(75) 치수는 출력캠 힌지축(70)에 형성된 관통구멍의 직경 치수와 대응하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 내경부(74)와 외경부(75)는 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 연속 가변 밸브 리프트 장치.